Nueva clase de nanozimas de un solo átomo
Las nanozimas - nanomateriales catalíticos con características similares a las de las enzimas - ofrecen la ventaja de un bajo costo, alta estabilidad, actividad catalítica sintonizable y facilidad de producción en masa. Por estas razones, se han aplicado ampliamente en la biosensing, la terapéutica y la protección del medio ambiente.
Ilustración esquemática de sitios de Fe atómicamente dispersos imitando el centro activo del citocromo P450, caracterización de la estructura atómica, así como la investigación experimental y teórica de la actividad oxidasa de las nanozimas de un solo átomo.
DONG Shaojun
Sin embargo, la baja densidad de sitios activos en las nanozimas está relacionada con una actividad catalítica mucho menor que la de las enzimas naturales. Además, su composición elemental no homogénea y los intrincados mecanismos catalíticos derivados de la estructura facetaria restringen seriamente la aplicación extensiva de las nanozimas convencionales.
Un equipo de investigación dirigido por el Prof. DONG Shaojun del Instituto de Química Aplicada de Changchun (CIAC) de la Academia China de Ciencias descubrió una nueva clase de nanozimas de un solo átomo, que integra tecnología de vanguardia de un solo átomo con sitios activos intrínsecos similares a las enzimas.
Los investigadores sintetizaron nanozimas de un solo átomo con centros axiales de FeN5 (FeN5 SA/CNF) confinados en nanoestructuras de carbono. Los cálculos teóricos y los estudios experimentales indicaron que la mayor actividad similar a la oxidasa del FeN5 SA/CNF se derivaba de los sitios activos similares a las enzimas y de los mecanismos catalíticos.
Los centros metálicos atómicamente dispersos maximizaron la eficiencia de utilización atómica y la densidad de los sitios activos. La estructura de coordinación bien definida proporcionó un modelo experimental claro para la investigación del mecanismo.
Los resultados actuales sugieren que las nanozimas de un solo átomo superaron los inconvenientes críticos de las nanozimas convencionales. Además, la imitación de los sitios activos de las enzimas naturales parece ser un método eficiente para la síntesis de las nanozimas de un solo átomo con alta actividad y mecanismo claro.
Además, la propiedad catalítica y el mecanismo de las nanozimas de un solo átomo dependen principalmente de la configuración estérica de los centros activos, más que del tamaño, estructura o faceta de los soportes. Así, mediante la alteración de los nanomateriales soportados, ciertos tipos de sitios activos pueden extenderse a aplicaciones generales con mecanismos definidos similares a los de las enzimas.
El estudio, publicado en Science Advances, muestra que las nanozimas de un solo átomo definidas proporcionan una nueva perspectiva sobre el mecanismo catalítico y el diseño racional de las nanozimas. También muestran un gran potencial para convertirse en la próxima generación de nanozimas.
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